劉恒輝

(中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151)

1 工程概況

云南省墨江至臨滄高速公路，是云南省東西向的主骨架通道，途經(jīng)墨江縣、新平縣、鎮(zhèn)沅縣、景東縣，止于臨滄市臨翔區(qū)，線路全長(zhǎng)236 km，屬于典型的重山嶺項(xiàng)目。全線橋隧比達(dá)到67%，其中特大橋10座，大橋214座。在橋梁工程中墩高超過(guò)40 m的橋墩共776個(gè)，超過(guò)70 m的橋墩共46個(gè)。

2 高墩施工方法概述

目前橋梁高墩常用施工方法主要有：翻模施工法、滑模施工法、液壓爬模施工法、懸臂模施工法和輥模施工法共五種。翻模施工分為自翻模和非自翻模，一般所說(shuō)翻模施工為非自翻模施工?；Ｊ┕な浅霈F(xiàn)較早的工藝，由于滑模施工24 h不間斷，其半干硬性混凝土及時(shí)、連續(xù)供應(yīng)問(wèn)題不易解決，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工組織及質(zhì)量控制困難，外觀質(zhì)量較差，該工法目前已經(jīng)不提倡使用(本文不予列舉比較)。液壓爬模施工是目前超高墩塔施工應(yīng)用較多的工法，懸臂模施工是液壓爬模施工中的非自爬模體系。輥模施工是滑模和翻模的結(jié)合工藝?？此平厝徊煌膸追N工法，其目標(biāo)都是完成高墩施工中高空作業(yè)模板提升、安拆加固、搭設(shè)作業(yè)人員工作平臺(tái)，保障安全快速完成模板安裝、鋼筋綁扎及混凝土澆筑的工法。

2.1 翻模工藝(非自升翻模工藝)

在翻模施工中，橋墩模板采用定型鋼模板，一般配置3層模板，每層模板高度2.25 m或3.0 m，每個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)澆筑墩身高度為4.5 m和6.0 m。每次留頂節(jié)模板作為受力基座不拆，將其下2層拆除向上翻轉(zhuǎn)施工，如此往復(fù)直至墩身施工完成[1]。墩身鋼筋、模板等垂直運(yùn)輸采用塔吊或汽車吊，混凝土垂直運(yùn)輸采用地泵或汽車泵。該法適合于等截面和變截面墩柱施工。翻模施工示意見(jiàn)圖1。

圖1 翻模施工

2.2 輥模工藝

輥模施工法是滑模和翻模施工兩種工法的結(jié)合，其施工原理和滑模施工基本相同，不同點(diǎn)在于內(nèi)襯模板(薄壁墩外側(cè)模板)與外框架分離，在外框架貼內(nèi)襯模側(cè)設(shè)置可以轉(zhuǎn)動(dòng)的輥軸，在滑升過(guò)程中借助輥軸的滾動(dòng)，確保內(nèi)襯模保持靜止，不擾動(dòng)和摩擦模板內(nèi)混凝土。內(nèi)襯模采用輕便易安裝的PVC高分子樹(shù)脂板或塑鋼材質(zhì)的模板，當(dāng)?shù)讓踊炷脸跄龝r(shí)，人工拆除整修模板，倒裝至上層使用，如此循環(huán)施工完成墩柱施工。

輥模施工裝置由支承系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和操作平臺(tái)系統(tǒng)組成[2](具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2)。在承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)埋支撐桿，利用千斤頂與提升架將外框架架體及內(nèi)模板全部荷載傳至支撐桿上，通過(guò)自身液壓提升系統(tǒng)將整套模架沿支撐桿向上滑，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)施工。輥模模板采用高分子樹(shù)脂板或塑鋼板，內(nèi)模采用鋼模板。4塊外框架之間采用高強(qiáng)度螺栓栓接一起，形成一個(gè)定形矩形截面。內(nèi)外框架的上側(cè)鋪鋼花板作為上操作平臺(tái)，外框架下側(cè)設(shè)置吊架，作為下工作平臺(tái)。輥模施工僅適合等截面墩柱施工。

圖2 輥模施工

2.3 液壓爬模工藝

液壓爬模法是利用自身液壓動(dòng)力裝置將模板和工作平臺(tái)整體提升，通過(guò)液壓系統(tǒng)的液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升實(shí)現(xiàn)提升，導(dǎo)軌和爬架之間可以進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)[3-4]。模板采用鋼木組裝的輕便的模板，一模高度為4.0～6.0 m。液壓爬模施工工藝適合等截面及變截面墩柱。液壓爬模施工示意見(jiàn)圖3。

圖3 液壓爬模施工

2.4 懸臂模工藝

懸臂模主要由：模板系統(tǒng)、后移裝置、斜撐承重三角架、主平臺(tái)、上平臺(tái)、吊平臺(tái)和預(yù)埋系統(tǒng)等組成(如圖4所示)。懸臂模唯一的承力構(gòu)件是預(yù)埋件，斜撐承重三角架體安裝在預(yù)埋件上，三角架體上安裝后移裝置和模板系統(tǒng)，作為主要施工平臺(tái)，三角架體下側(cè)設(shè)置吊平臺(tái)作為養(yǎng)護(hù)及輔助平臺(tái)[5]。懸臂模向上爬升時(shí)，應(yīng)使模板系統(tǒng)和架體分離，分別向上提升，需要依靠塔吊或汽車吊向上提升，相當(dāng)于沒(méi)有液壓爬升裝置的爬模。懸臂模施工工藝適合等截面及變截面墩柱。

圖4 懸壁模板施工

3 施工方法對(duì)比分析

在建設(shè)云南墨臨高速公路橋梁工程中，墩高在40 m及以上的橋墩數(shù)量超過(guò)800余個(gè)，施工單位結(jié)合自身實(shí)際情況及施工經(jīng)驗(yàn)，不同程度的選擇了滑模法、翻模法、輥模法、液壓爬模法和懸臂模板施工法，其中一般高墩(40～60 m)采用翻模法、懸臂模法及滑模法施工；60 m以上的墩柱基本采用液壓爬模法施工；輥模法為新興工藝，現(xiàn)場(chǎng)施工采用較少。為使廣大技術(shù)人員科學(xué)合理的選擇高墩施工方法，現(xiàn)將墨臨高速公路橋梁高墩施工中用到的除滑模外(滑模與輥模相似)的四種施工方法進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

經(jīng)仔細(xì)分析，不同工藝各有特點(diǎn)，具體比較見(jiàn)表1。

表1 工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析[6-7]

3.2 資源配置及工效對(duì)比分析

以雙肢薄壁空心墩截面尺寸為等截面6.75 m×3.0 m(單墩)、壁厚70 cm為例，根據(jù)施工情況，對(duì)四種施工工藝的資源配置及工效進(jìn)行對(duì)比分析，具體情況見(jiàn)表2～表4。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，可知：

表2 施工工藝人員配置對(duì)比人

表3 不同施工工藝材料、機(jī)具配置對(duì)比

表4 不同施工工藝工效指標(biāo)對(duì)比

(1)除翻模不需要特殊工種外，其他工藝均需要。

(2)翻模施工工裝簡(jiǎn)單，僅為一套鋼模板；其他工藝施工，需要配備專用模架或液壓系統(tǒng)，工裝相對(duì)復(fù)雜。在偏遠(yuǎn)山區(qū)項(xiàng)目中，如果項(xiàng)目高墩工程量不大，墩柱高度在60 m以內(nèi)，建議采用翻模法施工，相對(duì)來(lái)說(shuō)工裝簡(jiǎn)單、組織簡(jiǎn)單、技術(shù)簡(jiǎn)單，不需要特殊工種和其他特殊的配件和附屬材料等，施工受干擾因素少。

(3)除輥模施工外，其他三種工藝施工，混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)時(shí)間、鋼筋安裝時(shí)間相同；其工效差別主要體現(xiàn)在模板安裝拆卸工序上。工效指標(biāo)輥模最高，翻模最低，爬模和懸臂模相當(dāng)。

3.3 安全性對(duì)比

根據(jù)本項(xiàng)目施工情況，對(duì)四種施工工藝的安全性及適用性進(jìn)行對(duì)比分析，具體情況見(jiàn)表5。

表5 不同施工工藝安全性指標(biāo)對(duì)比

經(jīng)過(guò)對(duì)比，爬模和輥模施工安全性最好，適應(yīng)范圍廣；翻模及懸臂施工，安全性較差，施工范圍受限制要求，其安全風(fēng)險(xiǎn)的差別主要存在于模板安拆環(huán)節(jié)。

3.4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3.4.1 模架購(gòu)置費(fèi)及單方混凝土費(fèi)用對(duì)比

以一個(gè)60 m高的等截面空心薄壁墩為例，分別計(jì)算四種工藝的費(fèi)用情況?？招亩諜M斷面尺寸為6.75 m×3.0 m、壁厚0.7 m，墩頂及墩底各有1.5 m的實(shí)心段，整墩混凝土744.18 m3。其一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)斷面面積為11.99 m2，翻模、爬模及懸臂模每次澆筑4.5 m(53.96 m3)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算各個(gè)工藝對(duì)應(yīng)的模板購(gòu)置費(fèi)用以及施工過(guò)程中產(chǎn)生費(fèi)用見(jiàn)表6。

表6 不同施工工藝施工過(guò)程費(fèi)用對(duì)比

由表6可以看出，翻模、輥模及懸臂模的模板購(gòu)置費(fèi)用基本相同，液壓爬模的模板購(gòu)置費(fèi)用較高；在施工過(guò)程中，爬模產(chǎn)生的費(fèi)用較翻模、輥模和懸臂模板低，翻模施工過(guò)程中費(fèi)用最高。

3.4.2 模架殘值及模架凈消耗費(fèi)用對(duì)比

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，上述截面尺寸空心墩模架中的鋼材重量分別為：翻模(6.75 m高的內(nèi)外模板)約30 t，輥模約6.2 t，懸臂架體約16.24 t，爬模架體約26 t。廢鐵按照2 200元/t計(jì)算，其各工藝模架凈消耗費(fèi)用具體見(jiàn)表7。

表7 不同工藝模架購(gòu)置費(fèi)、殘值及凈消耗費(fèi)用對(duì)比 萬(wàn)元

對(duì)比表6與表7，可以看出：爬模模架凈消耗最大，但對(duì)應(yīng)施工過(guò)程中單方混凝土費(fèi)用最低；翻模模架凈消耗最小，對(duì)應(yīng)施工過(guò)程中單方混凝土費(fèi)用最高，理論上說(shuō)明各個(gè)工藝施工的混凝土方量與所產(chǎn)生總費(fèi)用之間的經(jīng)濟(jì)性存在一個(gè)臨界平衡點(diǎn)。

3.4.3 各工藝之間經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)對(duì)比

各種工藝之間經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)對(duì)比具體見(jiàn)表8。

表8 不同工藝之間經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)對(duì)比

從表8可以分析出，在等截面空心薄壁墩施工中，不同方量的混凝土對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性排序具體見(jiàn)表9。

表9 不同工藝不同工程量范圍下的經(jīng)濟(jì)性排序

從表9可以看出，由于各個(gè)工藝的工裝費(fèi)用、工裝殘值以及施工過(guò)程中單方成本的不同，導(dǎo)致其綜合總費(fèi)用隨施工方量的增加，呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。在不同項(xiàng)目中高墩施工工法的選擇在經(jīng)濟(jì)方面考慮時(shí)，一定要結(jié)合總的工程方量，綜合考慮分析每一套模架的施工方量。

3.4.4 簡(jiǎn)要例舉

同樣以等截面尺寸為6.75 m×3.0 m，壁厚0.7 m、墩高為45 m的空心墩，平均到單套模架的混凝土量為800 m3為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明經(jīng)濟(jì)比較過(guò)程。

(1)采用翻模施工，合計(jì)總的費(fèi)用為：261.9元/m3×800 m3+205 000元-66 000元=348 520元。

(2)采用懸臂模施工，合計(jì)總的費(fèi)用為：(177 256+210 000-35 728)元=351 528元。

(3)采用輥模施工，合計(jì)總的費(fèi)用為：(175 544+210 000-13 640)元=371 904元。

(4)采用爬模施工，合計(jì)總的費(fèi)用為：(166 376+340 000-57 200)元=449 176元。

即四種工藝的施工經(jīng)濟(jì)性由優(yōu)到差依次是：翻模法、懸臂模法、輥模法、爬模法，按照經(jīng)濟(jì)合理性選擇翻模法施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

高墩施工中的工期、質(zhì)量、安全和成本除與選擇的工藝密切相關(guān)外，還與外部施工條件、現(xiàn)場(chǎng)組織管理水平有很大關(guān)系。墨臨高速在施工過(guò)程中受溫度、大風(fēng)、雨霧、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸便道等外界因素影響，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)加強(qiáng)施工組織管理水平，才能更加充分發(fā)揮工藝優(yōu)勢(shì)。

墨臨高速公路項(xiàng)目對(duì)超過(guò)60 m的高墩采用液壓自爬模施工。個(gè)別位于架梁通道上偏僻高墩采用了輥模和滑模施工，以排除架梁通道上的攔路虎。對(duì)于其它一般高墩，各標(biāo)段根據(jù)自己的工期及剩余工作量，采用翻模和懸臂模施工。通過(guò)對(duì)墨臨高速公路項(xiàng)目高墩施工不同工藝的對(duì)比分析，建議大家今后選擇高墩施工方案時(shí)可參考以下3點(diǎn)建議：

(1)當(dāng)墩身高度在40～50 m，模板周轉(zhuǎn)次數(shù)少、施工時(shí)間又充裕時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，宜首選翻模施工法，其次，選擇懸臂模施工法。

(2)對(duì)位于偏僻山區(qū)的高墩，工期又十分緊張時(shí)，宜首選滑模、輥模施工法，此法施工速度快，工效高，可解決工期問(wèn)題。

(3)當(dāng)墩身高度超過(guò)60～70 m，且工期合適時(shí)，宜首選液壓爬模施工法，其次選擇輥模施工法，不宜選擇翻模和懸臂模施工法。